INSTITUT PENDIDIKAN GURU KAMPUS PULAU PINANG

SCE 3109: TENAGA DALAM KIMIA

EKSPERIMEN 5:

NAMA :

NO.K/P :

KURSUS : PISMP AMBILAN JANUARI 2010

NAMA PENSYARAH :

TARIKH SERAH :

EKSPERIMEN 5

Tujuan : Untuk menyiasat kesan kepekatan terhadap daya gerak elektrik

(d.g.e.) sel

Bahan : EC1 ialah akues 1.0 mol dm-3 kuprum(II) nitrat

EC2 ialah akues 2.0 mol dm-3 zink nitrat

EC3 ialah akues 1.0 mol dm-3 zink nitrat

EC4 ialah akues 0.1 mol dm-3 zink nitrat

EC5 ialah akues 0.01 mol dm-3 zink nitrat

EC6 ialah akues 0.001 mol dm-3 zink nitrat

A ialah larutan tepu kalium klorida.

Alat Radas : Bekalan kuasa 3V, potentiometer, joki, kepingan zink, kepingan

kuprum, 100 cm3 silinder penyukat, 100 cm3 bikar, kertas turas, galvanometer,

penyambung klip buaya.

Prosedur :

1. 50.0 cm3 EC1 dimasukkan ke dalam bikar A dan 50 cm3 EC2 ke dalam bikar

B dengan menggunakan silinder penyukat.

2. Satu jalur kertas turas direndamkan ke dalam larutan tepu kalium iodida. Satu

hujung kertas turas tersebut dicelupkan ke bikar A manakala satu hujung lagi

ke bikar B untuk membina titian garam.

3. Kepingan zink dan kuprum dicuci dengan kertas pasir kemudian dibasuh

dengan air suling serta dikeringkan.

4. Kepingan kuprum dikelipkan dengan klip buaya dan kemudian disambungkan

ke terminal positif bekalan kuasa.

5. Kepingan zink disambungkan ke galvanometer yang telah disambung kepada

joki.

6. Terminal negatif bekalan kuasa disambungkan ke penghujung potentiometer

yang satu lagi seperti dalam Rajah 3.

Rajah 3

kuprum

Bekalan kuasa 3V

Potentiometer

Joki

Zink

Larutan zink nitratTitianGaram

7. Kedua-dua kepingan logam tersebut dicelupkan ke dalam larutan masing-

masing. Selepas satu minit, joki digerakkan di sepanjang wayar potentiometer

sehingga galvanometer menunjukkan bacaan sifar iaitu bacaan yang

menunjukkan tiada arus yang mengalir.

Joki tidak boleh digelongsorkan di sepanjang wayar potentiometer bagi

mengelakkan pembentukan rintangan.

8. Jarak wayar potentiometer dicatatkan sebagai x cm dan bacaan direkodkan

dalam jadual yang diberi.

9. Eksperimen di atas diulangi dengan menggantikan larutan EC 2 dengan

larutan lain seperti yang terdapat dalam jadual tersebut.

Kertas turas yang baru digunakan bagi setiap larutan baru yang diuji.

10.Eθcell dikirakan dengan menggunakan formula berikut :

xEθ

cell = _________________________ X 3 V Panjang wayar potentiometer

Larutan kuprum (II) nitrat

Keputusan :

Panjang wayar potentiometer = ……100……sm

Amali Bikar A Bikar B Panjang

wayar,

x/cm

Eθcell/

V

[Zn2+] / mol dm-3

1 50 cm3

EC1

50 cm3

EC2

30 0.9 2

2 50 cm3

EC1

50 cm3

EC3

37 1.11 1

3 50 cm3

EC1

50 cm3

EC4

45 1.35 0.1

4 50 cm3

EC1

50 cm3

EC5

47 1.41 0.01

5 50 cm3

EC1

50 cm3

EC6

48 1.44 0.001

Perbincangan :

Dalam eksperimen ini kita akan membincangkan tentang kesan kepekatan ke atas

daya gerak elektrik sel. Daya gerak elektrik ialah daya yang diperlukan untuk

menolak elektron melalui litar luar. Potensi sel = Ecell emf sel. Bagi larutan 1M pada

25 ° C (keadaan piawai), EMF standard (sel potensi standard) dipanggil E ° sel. Kita

juga mengetahui bahawa nilai tenaga elektrik negatif menunjukkan reaksi tidak

spontan, manakala bagi reaksi spontan redoks dalam sel voltan yang akan

menghasilkan nilai daya gerak elektrik positif.

Bagi sel standard, terdapat tiga syarat perlu dipenuhi iaitu kepekatan ion (1.0

mol dm-3), suhu (25 ° C) dan tekanan (1 atm). Dalam terma kepekatan sel, kepekatan

komponen sel boleh mempengaruhi emf sel, sebuah sel boleh dibina dengan

mempunyai logam yang sama untuk anod dan katod dan ion logam yang sama,

tetapi pada kepekatan yang berbeza dalam kedua-dua bahagian sel.

Kuar Kepekatan boleh dibina daripada anod logam dan penyelesaian (bagi

memudahkan) kation 1M dengan jambatan garam yang dimasukkan ke dalam

larutan logam yang sama kepekatan tidak diketahui. EMF kecil akan dijana

bergantung kepada kepekatan larutan ion logam yang diuji (dan bilangan elektron

yang dipindahkan). Ia adalah seperti yang dilakukan dalam eksperimen ini.

Dari keputusan dan pemerhatian, keputusan eksperimen adalah berbeza

dengan nilai teori, ini mungkin kerana beberapa faktor seperti eksperimen tidak

sepenuhnya dalam keadaan standard, masa dalam merekodkan data, beberapa

kesilapan dalam membaca dan sebagainya. Ini menyebabkan sel telah dinyahcas

dan hampir mencapai keseimbangan.

Persamaan Nernst boleh digunakan untuk menjana sel yang mempunyai DGE

berdasarkan atas perbezaan dalam kepekatan. Kesan kepekatan bahan tindak balas

dan kepekatan komponen sel mempengaruhi sel EMF (Ecell). Seperti yang kita tahu

dua faktor yang memberi kesan EMF adalah kepekatan ion, 1.0 mol dm-3, dan suhu

25 ° C. Apabila faktor menukar nilai EMF juga berubah, ia akan menyebabkan tindak

balas di bawah keadaan yang tidak standard. Untuk mengira dge dihasilkan oleh sel

di bawah reaksi yang tidak standard, kita boleh menggunakan Persamaan Nernst

seperti di bawah;

E = Potensi sel (V) di bawak keadaan spesifik

E = Potensi sel pada keadaan standard

R = pemalar gas unggul = 8.314 J/mol-K

T = suhu (kelvin), secara umumnya 25 C (298 K)

n = bilangan mol elektron yang dipindahkan dalam persamaan seimbang

F = Pemalar Faraday, cas ke atas satu mol elektron = 95,484.56 C/mol

lnQc = log natural bagi tindak balas quotient pada satu-satu masa

Dalam menjalankan eksperimen kita perlu berhati-hati dan memberi perhatian

tentang sesuatu yang mempengaruhi keputusan. Pertama, kita mestilah menetapkan

bekalan kuasa kepada 3V. Sebelum memulakan eksperimen, kita mesti memastikan

semua wayar disambungkan dan galvanometer mesti berfungsi dengan jarum

menunjukkan sifar. Semasa memotong plat tembaga dan zink kita mesti berhati-hati

kerana ia mempunyai hujung tajam dan akan mencederakan kita. Untuk membuat

keputusan kita tepat dan dalam keadaan yang baik, kita mesti membersihkan

tembaga dan kepingan zink dengan kertas pasir kerana tembaga dan zink akan

mudah teroksida. Selain itu, joki yang kita gunakan mesti diletakkan dengan serta-

merta di atas wayar potentiometer. Joki tidak boleh digelongsorkan di sepanjang

wayar potentiometer bagi mengelakkan pembentukan rintangan.

Kesimpulan :

Kepekatan akan memberi kesan kepada nilai daya gerak elektrik sel. Di mana daya

gerak elektrik (dge) akan menurun apabila kepekatan produk meningkat berbanding

bahan tindak balas.

Soalan:

1. Tuliskan gambar rajah sel untuk sistem elektrokimia tersebut.

Zn (s) / Zn2+ (aq) Cu2+ (aq) / Cu(s)

2. Tuliskan persamaan tindak balas setengah untuk tindak balas yang

berlaku dalam bikar A dan B seterusnya tuliskan tindak balas sel

keseluruhan.

Bikar A,

Cu2+ (aq) + 2 e Cu(s) (Penurunan)

Bikar B,

Zn (s) Zn2+ (aq) + 2 e (Pengoksidaan)

Persamaan Keseluruhan,

Cu2+ (aq) + Zn (s) Cu(s) + Zn2+ (aq) (Redoks)

3. Plotkan graf Eθcell lawan lg [Zn2+] dalam bikar B dan jelaskan bagaimana

daya gerak elektrik (d.g.e.) sel berubah berbanding dengan perubahan

kepekatan Zn2+ dalam bikar B.

Jika kita lihat graf, kita boleh menyimpulkan bahawa nilai sel E adalah

berkadar secara songsang dengan nilai log [Zn2 +]. Nilai Ecell meningkat

apabila nilai log [Zn2+] menurun. Ini bermaksud kepekatan Zn2+ menjejaskan

daya gerak elektrik sel.

4. Jelaskan apa akan berlaku kepada nilai Eθcell jika

(i) Larutan dalam bikar A digantikan dengan larutan akues 0.1 mol dm-3

kuprum(II) nitrat,

Jika larutan dalam bikar A digantikan dengan larutan akues 0.1 mol dm-3

kuprum(II) nitrat, nilai Ecell boleh ditentukan dengan menggunakan

Persamaan Nernst. Selepas pengiraan nilai Ecell adalah lebih kecil

berbanding dengan eksperimen 1, EC1 + EC2 yang mempunyai nilai 1.09.

Ini adalah disebabkan kepekatan berbeza supaya ia akan menjejaskan

nilai daya gerak elektrik sel. Selain daripada itu bahan tindak balas tidak

banyak yang digunakan dan produk kurang dijana dalam ujikaji 1 semasa

tindak balas.

(ii) Larutan dalam bikar B digantikan dengan larutan akues 0.1 mol dm-3

aluminium klorida, dan kepingan zink digantikan dengan kepingan

aluminium ?

Apabila larutan dalam bikar B digantikan dengan 0.1 mol dm-3 akueus

aluminium klorida, dan plat logam zink digantikan dengan logam

aluminium, Ecell juga akan berubah. Dengan menggunakan Persamaan

Nernst, kita boleh membuktikan apa yang akan berlaku kepada nilai Ecell.

Dari persamaan, proses penurunan dalam katod kali ganda sebanyak tiga

manakala proses pengoksidaan di anod mesti kali ganda sebanyak dua.

Nilai dge adalah lebih besar apabila kita menggunakan logam aluminium

berbanding apabila menggunakan kepingan zink dan zink nitrat yang

mana 1.997 V kepada 2.017 V. Ini adalah kerana [Al3+] mempunyai

kecenderungan yang lebih tinggi untuk mengoksidakan berbanding

dengan zink yang berdasarkan keupayaan standard. Selain itu, aluminium

lebih elektropositif berbanding dengan zink. Keupayaan standard untuk

aluminium juga lebih positif.

RUJUKAN

Blaber, M. (2000). Electrochemistry : Effect of Concentration on Cell EMF. Diakses

pada 1 Mac 2012 dari

http://www.mikeblaber.org/oldwine/chm1046/notes/Electro/Conc/Conc.htm

Lim You Sie & Yip Kim Hong. (2006). PRE-U Text STPM Physical Chemistry.

Selangor: Pearson Longman.

Oracle ThinkQuest (2000). Electrochemistry : Nernst Equation and Faraday's Law.

Diakses pada 2 Mac 2012 dari

http://library.thinkquest.org/C006669/data/Chem/electrochemistry/nernst.html